转炉炼钢工艺过程课件.ppt
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1、材料科学的角度看炼钢材料科学的角度看炼钢魏厚培教授魏厚培教授1ppt课件转炉炼钢的特点及发展趋势转炉炼钢的特点及发展趋势转炉冶炼五大制度转炉冶炼五大制度炼钢原料炼钢原料转炉炼钢原理、工艺流程及设备转炉炼钢原理、工艺流程及设备转炉炼钢技术的发展简史转炉炼钢技术的发展简史目录参考文献参考文献2ppt课件 依照历史发展进程,按转炉炉衬性质的不同分为依照历史发展进程,按转炉炉衬性质的不同分为酸性转酸性转炉炉与与碱性转炉碱性转炉;按其气体引入的部位不同,分为;按其气体引入的部位不同,分为底吹转炉底吹转炉、侧吹转炉侧吹转炉和和顶吹转炉顶吹转炉;根据供给气体的氧化性不同又可分为;根据供给气体的氧化性不同又可
2、分为空气转炉空气转炉和和氧气转炉氧气转炉。转炉的分类如下:。转炉的分类如下:一、钢铁冶炼技术的发展简史一、钢铁冶炼技术的发展简史3ppt课件 18561856年德国人贝斯麦就发明了年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法底吹酸性转炉炼钢法,这种方法是,这种方法是近代炼钢法的开端近代炼钢法的开端.1879 1879年出现了托马斯底吹年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法碱性转炉炼钢法,它使用带有碱性炉,它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。衬的转炉来处理高磷生铁。法国人马丁利用蓄热原理,在法国人马丁利用蓄热原理,在18641864年创立了平炉炼钢法,年创立了平炉炼钢法,18801880年年,出现了出
3、现了碱性平炉碱性平炉。19521952年在奥地利出现年在奥地利出现纯氧顶吹转炉纯氧顶吹转炉。2020世纪世纪5050年代初奥地利的年代初奥地利的VoestVoest AlpineAlpine公司才将氧气炼钢用于工业公司才将氧气炼钢用于工业生产,从而诞生了生产,从而诞生了氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉,亦称亦称LD LD 转炉。转炉。LD转炉转炉4ppt课件 19701970年后,由于发明了用年后,由于发明了用碳氢化合物保护的双层套碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪管式底吹氧枪 而出现了而出现了底底吹法吹法,各种类型的底吹法,各种类型的底吹法转炉(如转炉(如OBM,Q-BOP,LSWOBM,Q-BOP
4、,LSW等)等)在实际生产中显示出许多在实际生产中显示出许多优于顶吹转炉之处,使一优于顶吹转炉之处,使一直居于首位的顶吹法受到直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。挑战和冲击。OBM装置装置5ppt课件继奥地利人继奥地利人Dr.EdaurdDr.Edaurd等等于于19731973年研究转炉年研究转炉顶底复顶底复吹炼钢吹炼钢之后,世界各国普之后,世界各国普遍开展了转炉复吹的研究遍开展了转炉复吹的研究工作,出现了各种类型的工作,出现了各种类型的复吹转炉复吹转炉,到,到2020世纪世纪8080年年代初开始正式用于生产。代初开始正式用于生产。顶底复吹装置顶底复吹装置6ppt课件 传统的转炉炼钢过程是将高
5、炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉,并按一定比例装入废钢,然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度吹氧冶炼。当达到吹炼终点时,提枪倒炉,测温和取样化验成分,如钢水温度和成分达到目标值范围就出钢。否则,降下氧枪进行再吹。在出钢过程中,向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后,钢水送模铸场或连铸车间铸锭。7ppt课件 1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功,并于1952年投入工业生产。1954年开始厂小型氧气顶吹转炉炼钢的试验研究工作,1962年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉,开始了工业性试验。在试验取得成功的基础上,我国第1个氧气顶吹转炉炼钢车间(2
6、x30t)在首钢建成,于1964 年12月26日投入生产。8ppt课件近几年中国年产钢量钢产量达到钢产量达到4.89亿亿t 2002钢产量首次突破钢产量首次突破2亿亿t,达到,达到2.234亿亿t 2005钢产量达到钢产量达到3.5亿亿t 2007年产钢量为年产钢量为1.82亿亿t20032009粗钢产量达到粗钢产量达到5.678亿亿t 预计预计20102010年年将突破将突破6 6亿亿t t9ppt课件序号序号 500500强企业排名企业名称强企业排名企业名称 地区地区 营业收入(万元)营业收入(万元)1 1 1212 上海宝钢集团公司上海宝钢集团公司 上海上海 12041545120415
7、452 2 3434 首钢总公司首钢总公司 北京北京 479133847913383 3 49 49 鞍山钢铁集团公司鞍山钢铁集团公司 辽宁辽宁 314747631474764 4 55 55 本溪钢铁(集团)公司本溪钢铁(集团)公司 辽宁辽宁 294853029485305 5 59 59 武汉钢铁(集团)公司武汉钢铁(集团)公司 北京北京 273131627313166 6 6363 攀枝花钢铁(集团)公司攀枝花钢铁(集团)公司 四川四川 263453326345337 7 8080 广州钢铁企业集团公司广州钢铁企业集团公司 广东广东 210298121029818 8 8383 太原钢铁
8、(集团)公司太原钢铁(集团)公司 山西山西 207398520739859 9 8686 江苏沙钢集团公司江苏沙钢集团公司 江苏江苏 204019820401981010 8787 邯郸钢铁集团公司邯郸钢铁集团公司 河北河北 20189002018900国内知名钢铁企业在中国国内知名钢铁企业在中国500500强中的排名强中的排名 10ppt课件二、炼钢原料二、炼钢原料 金属料金属料:铁水、废钢、合金钢:铁水、废钢、合金钢 非金属料非金属料:造渣剂造渣剂(石灰石灰、萤石、铁矿石)、萤石、铁矿石)、冷却剂冷却剂(废钢废钢、铁矿石、氧化铁)、铁矿石、氧化铁)、增碳剂和燃料增碳剂和燃料(焦炭焦炭、石墨
9、籽、煤块、重油)、石墨籽、煤块、重油)氧化剂氧化剂:氧气、铁矿石、氧化铁皮:氧气、铁矿石、氧化铁皮11ppt课件【1 1】金属料金属料 1 1、铁、铁 水水 铁水铁水是转炉炼钢的主要原材是转炉炼钢的主要原材料,一般占装入量的料,一般占装入量的70%-100%70%-100%。是转炉炼钢的主要热源。是转炉炼钢的主要热源。对铁水要求有:对铁水要求有:(1 1)成分;)成分;(2 2)带渣量;)带渣量;(3 3)温度。)温度。12ppt课件1 1)硅()硅(SiSi)硅硅是重要的发热元素是重要的发热元素,铁水中含,铁水中含SiSi量高,炉内的化学热增加,铁水中量高,炉内的化学热增加,铁水中SiSi量
10、增量增加加0.10%0.10%,废钢的加入量可提高,废钢的加入量可提高1.3%-1.5%1.3%-1.5%。铁水含铁水含SiSi量高量高,渣量增加,渣量增加,有利于脱磷、脱硫有利于脱磷、脱硫。硅含量过高硅含量过高会使会使渣料和消耗增加渣料和消耗增加,易引起,易引起喷溅喷溅,金属收得率降低金属收得率降低,同时渣中,同时渣中过量的过量的SiOSiO2 2,也会,也会加剧对炉衬的侵蚀加剧对炉衬的侵蚀,影响石灰渣化速度影响石灰渣化速度,延长吹炼时间延长吹炼时间。通常通常铁水中的硅含量为铁水中的硅含量为0.30%-0.60%0.30%-0.60%为宜为宜。2)锰(锰(Mn)锰是发热元素锰是发热元素,铁水
11、中,铁水中Mn氧化后形成的氧化后形成的MnO能有效能有效促进石灰溶解促进石灰溶解,加快成加快成渣渣,减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含同时铁水含MnMn高,终点钢中余锰高,从而可以减少合金化时所需的锰铁合金,高,终点钢中余锰高,从而可以减少合金化时所需的锰铁合金,有利提高钢水纯净度。有利提高钢水纯净度。转炉用铁水对锰与硅比值要求为转炉用铁水对锰与硅比值要求为0.8-1.00.8-1.0,目前使用较多的为低锰铁水,锰的含目前使用较多的为低锰铁水,锰的含量为量为0.20%-0.80%0.20%-0.80%13ppt课件 3 3)磷(磷(P P)。磷是高发热元素,对一
12、般钢种磷是高发热元素,对一般钢种来说是有害元素,因此要求铁水磷含量越低越好,来说是有害元素,因此要求铁水磷含量越低越好,一般要求铁水一般要求铁水P0.20%P0.20%。4 4)硫(硫(S S)。除了含硫易切削以外,绝大多除了含硫易切削以外,绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。氧气转炉单渣数钢种要求去除硫这一有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有操作的脱硫效率只有30%-40%30%-40%。我国炼钢技术规程。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的要求入炉铁水的硫含量不超过硫含量不超过0.05%0.05%。14ppt课件u 对铁水带渣量的要求对铁水带渣量的要求:高炉渣中含硫、高炉渣中含硫、SiOSi
13、O2 2、和、和AlAl2 2O O3 3量较高,过多的高炉量较高,过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大,石灰消耗增加,造成渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大,石灰消耗增加,造成喷溅,降低炉衬寿命,因此,喷溅,降低炉衬寿命,因此,进入转炉的铁水要求带渣量进入转炉的铁水要求带渣量不得超过不得超过0.5%0.5%。u 对铁水温度的要求对铁水温度的要求:铁水温度是铁水含物理量多少的标志,铁水物理热铁水温度是铁水含物理量多少的标志,铁水物理热得占转炉热收入的得占转炉热收入的50%50%。应努力保证入炉铁水的温度,保。应努力保证入炉铁水的温度,保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定证炉内热源充足和成渣
14、迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度入炉铁水温度应大于应大于12501250,并且要相对稳定。,并且要相对稳定。15ppt课件2 2、废钢、废钢 转炉和电炉炼转炉和电炉炼钢均使用废钢,钢均使用废钢,氧气顶吹转炉用氧气顶吹转炉用废钢量一般是总废钢量一般是总装入量的装入量的10%-30%10%-30%。16ppt课件转炉炼钢对废钢的要求转炉炼钢对废钢的要求:1)1)废钢的外形尺寸和块度废钢的外形尺寸和块度 应保证能从炉口顺利加入转炉。应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度废钢的长度应小于应小于转转炉口直径的炉口直径的1/21/2,废钢单重废钢单重一般不应超过一般不应超过300kg300kg。国标要求。国
15、标要求废钢的长度不大于废钢的长度不大于1000mm1000mm,最大单件重量不大于,最大单件重量不大于800kg800kg。2 2)废钢中不得混有铁合金)废钢中不得混有铁合金 严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶,不得严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶,不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢废钢的硫、磷含量均不大于的硫、磷含量均不大于0.050%0.050%。17ppt课件3 3)废钢应清洁干燥)废钢应清洁干燥 不得混有泥沙,水泥,耐火材料,油物等。不得混有泥沙,水泥,耐火材料,油物等。4 4)不同性质的废钢分类存放)不同性质
16、的废钢分类存放 非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起,不得混有非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起,不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放,合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放,以免造成冶以免造成冶炼困难炼困难,产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。18ppt课件3 3、铁合金、铁合金 常用的常用的铁合金种类铁合金种类:简单合金:简单合金:Fe-Fe-MnMn,Fe-SiFe-Si,Fe-CrFe-Cr,Fe-VFe-V等等 复合脱氧剂复合脱氧剂:Ca-SiCa-Si合金,合金,Al-Al-MnMn-Si-Si合金,合金,MnMn-Si-Si合金等合金等 纯金
17、属纯金属:MnMn、TiTi、NiNi、AlAl。19ppt课件【2 2】非金属料非金属料1 1、造渣剂造渣剂 (1 1)石灰)石灰 碱性炼钢方法的造渣料,主要成分为碱性炼钢方法的造渣料,主要成分为CaOCaO,由石,由石灰石煅烧而成,是脱灰石煅烧而成,是脱P P、脱、脱S S不可缺少的材料,用量比不可缺少的材料,用量比较大。较大。其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。因此,等产生主要影响。因此,石灰石灰CaOCaO含量高,含量高,SiOSiO2 2和和S S 含量低,生过烧率低,活性高,块度适中,此外,石含量低,生过烧率低,活性高,块
18、度适中,此外,石灰还应保持清洁、干燥和新鲜灰还应保持清洁、干燥和新鲜。20ppt课件(2 2)萤石)萤石 萤石的主要成分是萤石的主要成分是 CaFCaF2 2,焙烧约,焙烧约930930。萤石助熔的特点是作用快,时间短。但大量使萤石助熔的特点是作用快,时间短。但大量使用萤石会增加用萤石会增加喷溅喷溅,加剧,加剧炉衬侵蚀炉衬侵蚀,污染环境污染环境。(3 3)白云石)白云石 白云石的主要成分白云石的主要成分CaCO3.MgCO3CaCO3.MgCO3。经焙烧可成为轻。经焙烧可成为轻烧白云石,其主要成分为烧白云石,其主要成分为CaO.MgOCaO.MgO。转炉采用转炉采用生白云石或轻烧白云石生白云石
19、或轻烧白云石代替部分石灰造代替部分石灰造渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀,渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀,提高炉衬寿命提高炉衬寿命具有明具有明显效果显效果21ppt课件(4 4)合成造渣剂)合成造渣剂 合成造渣剂是用合成造渣剂是用石灰石灰加入适量的加入适量的氧化铁皮氧化铁皮、萤石萤石、氧化锰氧化锰或其他氧化物等熔剂,或其他氧化物等熔剂,在低温下预在低温下预制成型制成型。合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小,且在高温下易碎裂,成渣速度快,因而改度小,且在高温下易碎裂,成渣速度快,因而改善了冶金效果,减轻了转炉造渣负荷。善了冶金效果,减轻了转炉造渣负荷。22ppt课件
20、2 2、增碳剂增碳剂 在冶炼过程中,由于配料或装料不当以及脱在冶炼过程中,由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因,有时造成钢中碳过量等原因,有时造成钢中碳含量没有达到预碳含量没有达到预期的要求期的要求,这时要,这时要向钢液中增碳向钢液中增碳。常用的增碳剂。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。粉。转炉冶炼中,转炉冶炼中,高碳钢种高碳钢种时,使用含杂质很时,使用含杂质很少的少的石油焦作为增碳剂石油焦作为增碳剂。23ppt课件3 3、氧化剂、氧化剂氧气氧气是转炉炼钢的主要氧化剂,其纯度达到或超过是转炉炼钢的主要氧化剂,其纯度达到或超过99
21、.5%99.5%,氧气压力要稳定,并脱除水分。,氧气压力要稳定,并脱除水分。氧化铁氧化铁亦称亦称铁磷铁磷,是钢坯加热,轧制和连铸过程中,是钢坯加热,轧制和连铸过程中产生的氧化壳层,产生的氧化壳层,铁量约占铁量约占70%-75%70%-75%。氧化铁皮还。氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用,有助于化渣和冷却作用,使用时应加热烘烤,保持使用时应加热烘烤,保持干燥干燥。铁矿石铁矿石中铁的氧化物存在形式是中铁的氧化物存在形式是FeFe2 2O O3 3、FeFe3 3O O4 4和和FeOFeO其氧含量分别是其氧含量分别是30.06%30.06%,27.64%27.64%和和22.28%22.28%。24
22、ppt课件三、转炉冶炼五大制度三、转炉冶炼五大制度1.装料制度装料制度2.供氧制度供氧制度3.造渣制度造渣制度4.温度制度温度制度5.终点控制及合金化制度终点控制及合金化制度25ppt课件(1)(1)、装料次序、装料次序 对使用废钢的转炉,一般先装废钢后装铁水。先加洁净的轻废钢,对使用废钢的转炉,一般先装废钢后装铁水。先加洁净的轻废钢,再加入中型和重型废钢,以保护炉衬不被大块废钢撞伤,而且过再加入中型和重型废钢,以保护炉衬不被大块废钢撞伤,而且过重的废钢最好在兑铁水后装入。重的废钢最好在兑铁水后装入。为了防止炉衬过分急冷,装完废钢后,应立即兑入铁水。为了防止炉衬过分急冷,装完废钢后,应立即兑入
23、铁水。(2 2)装入量)装入量 装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量,它是决装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量,它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的主要因素之定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的主要因素之一。装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。一。装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。通常,铁水配比为通常,铁水配比为70%-90%.70%-90%.1.1.装料制度装料制度26ppt课件2.2.供氧制度供氧制度 供氧制度的主要内容包括供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制结构、供氧强度、氧压和枪位控制。供氧是保。供氧是保证杂质去
24、除速度、熔池升温速度、造渣制度、证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣制度、控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作,控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作,关系到终点的控制和炉衬的寿命,对一炉钢冶关系到终点的控制和炉衬的寿命,对一炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影响。炼的技术经济指标产生重要影响。27ppt课件3.3.造渣制度造渣制度 造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣,造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣,是指通过控制入炉渣料的种类和数量,使炉渣具是指通过控制入炉渣料的种类和数量,使炉渣具有某些性质,以满足熔池内有关炼钢反应需要的有某些性质,以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作工艺操作。由
25、于转炉冶炼时间短,必须。由于转炉冶炼时间短,必须快速成渣快速成渣,才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求,同时造渣才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求,同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。直接影响。28ppt课件4 4.温度制度温度制度 在吹炼一炉钢的过程中,需要正确控制温在吹炼一炉钢的过程中,需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。和终点温度控制。29ppt课件1、终点终点 熔池中熔池中金属的成分和温度达到所炼钢种要求金属的成分和温度达到所炼钢种要求时,时,称为终点。称为终点
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